3개 채널 우주전파 '동시에 수신'
3개 채널 우주전파 '동시에 수신'
  • 함예솔
  • 승인 2018.11.25 23:45
  • 조회수 742
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전파망원경. 출처: fotolia
전파망원경 잘 생겼다~ 출처: fotolia

우주를 더 자세히 들여다 볼 수 있는 길이 열렸습니다. 한국천문연구원은 우주전파를 광대역 3개 주파수 채널(18~26, 35~50, 85~116GHz)로 동시에 관측할 수 있는 초소형 우주전파 수신시스템을 세계 최초로 개발했습니다. 우주로부터 꾸준히 전해지는 미세한 전파를 분석하면 우주의 숨겨진 모습을 볼 수 있는데요.

 

이 시스템의 가장 큰 특징은 세계 각 나라가 보유한 다양한 전파망원경에 손쉽게 설치해 전파 천문 분야 연구에 곧바로 활용할 수 있다는 점입니다.

 

한국우주전파관측망(KVN). 세계에서 유일하게 밀리미터 영역의 4개 주파수 전파를 동시에 관측할 수 있다. 출처: 한국천문연구원
한국우주전파관측망(KVN). 세계에서 유일하게 밀리미터 영역의 4개 주파수 전파를 동시에 관측. 출처: 한국천문연구원

지난 2011년 한국천문연구원 한석태 박사가 이끄는 연구팀은 4개 채널(22, 43, 86, 129GHz) 동시 관측 우주 전파 수신 시스템을 세계 최초로 개발해 한국우주전파관측망(KVN, Korea VLBI Network)을 구성하는 3개의 전파망원경에 설치했습니다. 이는 현재까지 국내외 전파 천문학 연구에 활용되고 있습니다.

 

한국우주전파관측망(KVN)은 서울 연세대, 울산 울산대, 제주 탐라대에 각각 직경 21m 전파망원경을 설치하고, 이 망원경들을 이용해 동시에 한 천체를 관측함으로써 한반도 크기(약 500km)의 전파망원경 효과를 구현합니다.

 

2011년 한국천문연구원이 독자적으로 개발한 4채널 동시 관측 우주전파 수신시스템. 출처: 한국천문연구원
2011년 한국천문연구원이 독자 개발한 4채널 동시 관측 우주 전파 수신시스템. 출처: 한국천문연구원

참고로, 전파에서는 Hz(헤르츠)라는 단위를 사용하는데 1Hz는 파동이 1초에 1번 진동하는 것을 의미합니다. 한국우주전파관측망(KVN)은 우주의 비밀을 밝히기 위해 전파 영역 중에서도 많은 정보를 수집할 수 있는 수십GHz(기가헤르츠)의 우주 전파를 관측합니다. 1GHz는 파동이 1초 동안 10억 번 진동하는 걸 의미합니다. 매우 높은 주파수인 GHz 단위에서 22GHz는 상대적으로 낮은 주파수 영역이고 이보다 높은 43GHz. 86GHz. 129GHz 영역을 초고주파 영역이라고 표현합니다. 이보다 높은 주파수 영역은 적외선 영역에 해당하므로 광학망원경을 통해 관측합니다.

 

하지만 이 시스템은 한국우주전파관측망의 전파망원경 구조에 적합하도록 설계돼 다른 전파망원경에는 설치가 어렵다는 단점이 있습니다. 이에 연구팀은 각 나라가 보유하고 있는 다른 전파망원경에 쉽게 설치할 수 있는 시스템 개발을 위해 2015년 3월부터 본격적으로 초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주전파 수신시스템 개발에 나섰습니다. 

 

초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주전파 수신시스템 모습. 출처: 한국천문연구원
초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주전파 수신시스템 모습. 출처: 한국천문연구원

4채널이 아닌 광대역 3채널로 제작 방향을 잡은 것은 세계 대부분의 밀리미터파 전파망원경이 3채널 주파수 대역 위주로 관측하고 있기 때문입니다. 광대역 3채널로 동시 관측한다는 건 3개의 눈으로 동시에 우주를 본다는 의미입니다. 따라서 1개의 눈으로 우주를 보는 것보다 천체에서 방출되는 주요 분자선 등의 정보를 훨씬 빠르고 다양하게 얻을 수 있습니다.

 

또한 초장기선 전파간섭계 망원경에 적용할 경우 다채널 동시 관측을 통해 대기 요동에 의한 신호의 위상 보정이 쉬워지므로 관측의 감도와 효율성을 동시에 높일 수 있습니다. 

 

오리온별에서 방출된 3개의 주파수 스펙트럼을 초소형 광대역 3채널 우주전파수신시스템으로 관측한 결과. 출처: 한국천문연구원
오리온별에서 방출된 3개의 주파수 스펙트럼을 초소형 광대역 3채널 우주전파수신시스템으로 관측한 결과. 출처: 한국천문연구원

이번에 개발한 수신시스템의 크기는 가로 600mm, 세로 980mm로 지난 4채널 동시 관측 우주 전파 수신시스템보다 무려 3배 이상 작아졌습니다. 이에 각 나라가 보유하고 있는 전파망원경에 쉽게 설치할 수 있을 뿐만 아니라 운용이 쉽고 제작 및 운용 비용도 낮아집니다. 

 

한국천문연구원 한석태 박사는 "이 시스템이 각 나라 전파망원경에 설치돼 한국우주전파관측망과 함께 관측에 활용된다면 고감도, 고분해능으로 초미세 구조의 별과 은하에 대한 관측연구가 가능해진다"며 "초소형 광대역 3채널 동시 관측 우주 전파 수신시스템을 활용한 독창적인 관측기법은 향후 국제 전파천문 관측기법의 표준으로 자리매김 할 것으로 기대하고 있다"고 밝혔습니다.


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